Non-circular air-jet vortex generators in shock-induced flow separation control

Abstract

[ES] La interacción de onda de choque y capa límite (SWBLI, por sus siglas en inglés) es un fenómeno común en aplicaciones aeronáuticas en flujo transónico y supersónico y puede generar la separación de la capa límite si dicha interacción es suficientemente fuerte. Diversas técnicas han sido desarrolladas para reducir los efectos de la separación de la capa límite, siendo una de ellas la aplicación de generadores de vórtices (AJVG, por sus siglas en inglés). Dicha técnica se basa en la inyección de chorros de aire en la capa límite, generando vórtices en la dirección del flujo que provocan el intercambio de cantidad de movimiento en el fluido, haciendo que la capa límite sea más resistente a la separación.

Un parámetro interesante que influye en la eficiencia de dicho dispositivo es la geometría de los inyectores. En esta tesis, tres geometrías distintas (elipses, rectángulos y triángulos) con orientaciones y relaciones de aspecto diversas han sido estudiadas experimentalmente en el túnel de viento del Instituto de Aerodinámica de la RWTH Aachen University con tal de entender mejor los efectos en la interacción de onda de choque y capa límite generada por rampas de compresión con ángulos de 24 y 33 grados. Para ello, técnicas de visualización del flujo como la aplicación de películas de aceite en la superficie y la velocimetría de imágenes de partículas fueron aplicadas para analizar la interacción entre inyectores y sus efectos en el flujo.

[EN] Shock wave/boundary layer interaction (SWBLI) is common in many supersonic and transonic aerospace applications and can lead to local separation of the boundary layer, when sufficiently strong. Numerous techniques have been developed to mitigate the adverse effects of the boundary layer separation induced by a shock wave. One such technique is the application of air-jet vortex generators (AJVGs). Here, air-jets are injected into the incoming boundary layer, which result in the generation of streamwise vortices. This enables the exchange of momentum within the fluid, thereby making the boundary layer more resistant to separation.

One interesting parameter that influences the efficiency of the device is the shape of the injectors. In this thesis, three different shapes (Elliptical, rectangular and triangular inlets) of the injector are considered in different orientations and aspect ratios and experimental data taken in the trisonic wind tunnel facility at the Institute of Aerodynamics, RWTH Aachen will be assessed to better understand their effects on 24 and 33-degree compression-ramp-induced SWBLIs. Oil-flow visualization and a wall-parallel configuration of 2C-PIV were used as main investigative tools to assess the effects of these AJVGs on the flow field and to better understand the interaction between injectors.